p Pesquisa no Lawrence Berkeley National Laboratory's Advanced Light Source promete células magnéticas de quatro bits em vez dos domínios magnéticos de dois bits das memórias magnéticas padrão. Os vórtices magnéticos são redemoinhos de campo magnético, em que o elétron gira no sentido horário ou anti-horário. No centro superlotado do redemoinho, os giros apontam para baixo ou para cima. Essas quatro orientações podem representar bits separados de informação em um novo tipo de memória, se controlado de forma independente e simultaneamente. p "Gastamos 15 por cento da energia de casa em gadgets em 2009, e estamos comprando mais gadgets o tempo todo, ", diz Peter Fischer, do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia dos EUA (Berkeley Lab). Fischer informa imediatamente que, embora seja a curiosidade científica que inspira sua pesquisa no Laboratório de Fonte de Luz Avançada (ALS), ele pretende ajudar a resolver problemas urgentes.

p "O que estamos trabalhando agora pode fazer com que esses gadgets tenham um desempenho centenas de vezes melhor e também sejam cem vezes mais eficientes em termos de energia, "diz Fischer, um cientista da equipe da Divisão de Ciências de Materiais. Como investigador principal do Center for X-Ray Optics, ele lidera a linha de luz 6.1.2 do ALS, onde se especializou em estudos de magnetismo.

p Fischer recentemente forneceu suporte crítico a uma equipe liderada por Vojtĕch Uhlíř, da Universidade de Tecnologia de Brno, na República Tcheca, e do Centro de Pesquisa de Gravação Magnética da Universidade da Califórnia, San Diego. Pesquisadores de ambas as instituições e do Berkeley Lab usaram os recursos exclusivos da linha de luz 6.1.2 para desenvolver um novo conceito em memória magnética.

p "A memória magnética está no coração da maioria dos dispositivos eletrônicos, "diz Fischer, "e do ponto de vista do cientista, magnetismo trata de controlar o spin do elétron. "

p As memórias magnéticas armazenam bits de informação em unidades discretas, cujos elétrons giram, todos se alinham em paralelo, apontar para um lado ou para o outro para significar um ou zero. O que Fischer e seus colegas propõem é o armazenamento multibit em que cada unidade tem quatro estados em vez de dois e pode armazenar o dobro das informações.

p A chave são os vórtices magnéticos - redemoinhos de campo magnético - confinados a minúsculos discos de metal com alguns bilionésimos de metro (nanômetros) de diâmetro. Os spins do elétron buscam a energia mais baixa possível; gira que apontam em direções opostas, antiparalelo, custo de energia. Assim, os elétrons se alinham com todos os seus spins apontando em um círculo, no sentido horário ou anti-horário em torno do disco.

p No centro do vórtice, Contudo, onde os círculos ficam cada vez menores e os spins vizinhos inevitavelmente se alinham antiparalelos, eles tendem a se inclinar para fora do avião, apontando para cima ou para baixo.

p "Portanto, cada disco tem quatro bits em vez de dois - circularidade esquerda ou direita e polaridade para cima ou para baixo do núcleo - mas você deve ser capaz de controlar a orientação de cada um independentemente, "diz Fischer.

p Acima, baixa, e ao redor - assumindo o controle

p Aplicando um forte, o campo magnético externo estável pode inverter a polaridade do núcleo, mas dispositivos práticos não toleram campos fortes, e eles precisam de interruptores mais rápidos. Pesquisadores anteriores do ALS descobriram que, com campos magnéticos oscilantes fracos no plano do nanodisco, eles poderiam empurrar rapidamente o núcleo para fora de sua posição central e obter o mesmo resultado.

p "Em vez de um campo estático, você o mexe, "Fischer explica. À medida que o núcleo é afastado do centro do disco, ondas magnéticas sucessivas - mudanças na orientação do spin - movem o núcleo cada vez mais rápido até que sua polaridade mude para a orientação oposta.

p A equipe usou a linha de luz 6.1.2 ALS para demonstrar, pela primeira vez, que métodos semelhantes podem controlar a circularidade dos vórtices magnéticos.

p Nesse caso, o "wiggle" leva o núcleo para fora da borda do disco. Depois de expulso, o vórtice entra em colapso e se reforma, com giros apontando na direção oposta:sentido horário em vez de anti-horário, ou vice-versa.

p A Beamline 6.1.2 é especializada em microscopia de transmissão de raios-X suave de estados magnéticos, o que permitiu aos pesquisadores fazer imagens diretas de como a força e a duração dos trens de pulsos elétricos e magnéticos afetavam a circularidade do vórtice. Eles descobriram que o controle depende da geometria do disco.

p Os discos eram todos cônicos, com fatias diagonais de suas superfícies superiores que serviram para acelerar o núcleo, uma vez que começou a se mover. Mas a espessura e o diâmetro foram os fatores importantes:quanto menor o disco, o melhor.

p Discos "grossos" (30 nanômetros) com mais de mil nanômetros de diâmetro eram lentos, levando mais de três nanossegundos para mudar a circularidade. Mas discos com apenas 20 nanômetros de espessura e 100 nanômetros de largura poderiam mudar de orientação em menos de meio nanossegundo.

p Ainda há muito a ser feito antes que o multibit de quatro valores se torne prático, A polaridade pode ser controlada, e a circularidade pode ser controlada, mas até agora eles não podem ser controlados ao mesmo tempo. Planos para fazer isso estão em andamento.

p "Esta é a base científica para possíveis aplicações que virão, "diz Fischer." Já estamos procurando maneiras de controlar o spin com temperatura e voltagem, em como desacoplar completamente o spin das correntes de carga, e até mesmo formas de acoplar cadeias de nanodiscos para construir dispositivos lógicos - não apenas para memória, mas para computação. "

p Na opinião de Fischer, as ferramentas de microscópios de raios-x moles do ALS estão na pole position para a corrida na pesquisa de magnetismo. "Nenhum método além da microscopia de raios-X pode fornecer informações abrangentes semelhantes, tanto para identificar os materiais magnéticos quanto para criar imagens da dinâmica mais rápida dos estados magnéticos em nanoescala. Os instrumentos que temos são únicos e atendem a toda a comunidade vortex, no mundo todo."